[实用新型]反射式天线阵列

说明书

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，尤其是一种反射式天线阵列。

背景技术

雷达天线是雷达中用以辐射和接收电磁波并决定其探测方向的重要设备，雷达的重要战术性能，例如探测距离、探测范围、探测角(方位、俯仰)精度、角度分辨率和反干扰能力等，均与雷达天线性能有关。

为实现雷达对目标的探测和追踪，一般的雷达天线需要具有波束扫描能力，按其扫描方式，可将雷达天线分为机械扫描天线、电子扫描天线和机电扫描天线三类。机械扫描天线采用较多的为抛物面天线和透镜天线，具有旁瓣和后瓣电平小、定向性好等优点，因此在航空、航天、卫星通信、移动通信等领域获得了重要而广泛的应用。但由于传统抛物面天线和透镜天线具有体积大、重量高、安装复杂、不易于集成等问题，在机载雷达、星载雷达和弹载雷达等对体积和质量有着苛刻要求的系统中难以获得应用。当今主流的相控阵雷达天线中即采用了电子扫描方式，在这种天线中每个雷达天线单元连接一个移相器，且所有的移相器由计算机控制，从而实现天线的波束扫描。但相控阵天线中的移相器等T/R组件价格昂贵。

反射面天线具有高增益、低副瓣、主瓣窄等优点，可以在形成高增益和要求形状波束的同时，馈电简单、设计比较容易、成本较低，能满足多种常规雷达系统的要求。反射面天线是卫星通信地面终端站天线的主要形式之一，在远程无线电通信和高分辨雷达等方面有广泛应用。反射面天线由一个反射表面和一个馈电天线构成，通过反射面对电磁波的散射效应形成期望的辐射方向图。

但是现有反射式天线阵列的体积还比较大，波束调控功能不够全面等缺点。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，提供一种反射式天线阵列。

具体的方案为：一种反射式天线阵列，包括激励源、可编程基板、超材料表面和金属支架；所述激励源、可编程基板与超材料表面固定于该金属支架上；所述超材料表面包括若干个有源天线单元，该有源天线单元包括超材料单元和连接在超材料单元之间的有源二极管。

在进一步的实施例中，当有源二极管的状态排布不同时，超材料表面的“0”、“1”状态分布不同；进而将平面波反射形成所需要的辐射波束。所述激励源为圆锥喇叭，所述圆锥喇叭的顶角θ＝2arctan(a/2L)，其中a为喇叭口面直径，L为喇叭辐射长度。所述圆锥喇叭转动连接于金属支架上，圆锥喇叭的转动角度为0-60°。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

(1)、本实用新型设计的有源超材料单元通过有源二极管的通断实现了控制其不同相位的工作状态“0”和“1”，根据电磁编码逆向算法，由雷达系统对辐射波束的不同要求，可快速设计相对应的“0”和“1”编码排布，通过可编程基板快速控制对应的有源二极管，控制波束扫描角度和辐射波束。与传统抛物面雷达天线相比，可直接进行数字控制，无需复杂昂贵的移相器以及AD/DA转换器，实现更全面的波束调控功能，不但可以进行波束扫描，还能够产生高增益单波束、双波束和可控多波束，且能够灵活切换。

(2)、本实用新型驱动电压和功耗低，结构简单。可编程基板通过5V电压即可进行驱动，而且单个有源二极管的工作电流很低(5.2mA)，整个控制板和有源超材料表面功率消耗低。整体结构采用激励喇叭源、超材料表面和可编程基板组成即可生成0°-70°的全方位扫描波束，与传统结构相比，不需要机械转动天线结构即可实现需要方位角度的辐射波束，整体体积减小，增加灵活性。

(3)、本实用新型反射面和激励喇叭源集成在金属支架上，通过调节喇叭源与反射面的方位就可实现最佳的反射波束，可适应于不同的激励喇叭与反射面，具有灵活的调节性。

附图说明

图1a为本实用新型的原理图；图1b为本实用新型的结构示意图。

图2a、图2b和图2c分别为本实用新型的有源天线单元的主视图、后视图和侧视图。

图3为本实用新型的激励喇叭源的结构图。

图4a和图4b为本实用新型的天线支架的侧视图和俯视图。

图5为本实用新型的可编程基板原理框图。

图6a和图6b分别为本实用新型在10GHz频率点测试的单波束辐射方向图。

图7a和图7b为本实用新型在10GHz频率点测试的双波束辐射方向图。

图8是本实用新型的工作流程图。

具体实施方式